Optimización Multidisciplinaria de Estructuras Aeronáuticas con Áreas Críticas No Regulares: Práctica Actual y Desafíos
Autores: Sferza, Massimo; Nini, Jelena; Chronopoulos, Dimitrios; Glock, Florian; Daoud, Fernass
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Optimización Multidisciplinaria de Estructuras Aeronáuticas con Áreas Críticas No Regulares: Práctica Actual y Desafíos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Optimización de diseño
Aeroestructuras
Optimización de Diseño Multidisciplinario (MDO)
Modelo Global de Elementos Finitos (GFEM)
Rutas de carga
áreas no regulares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
La optimización del diseño de aeroestructuras se basa en gran medida en la Optimización de Diseño Multidisciplinaria (MDO), que es un conjunto de herramientas utilizadas por la industria aeronáutica para dimensionar estructuras primarias: alas, grandes porciones del fuselaje o incluso un avión entero. El procedimiento es computacionalmente costoso, ya que debe tener en cuenta varios miles de casos de carga, múltiples análisis con cientos de miles de grados de libertad, miles de variables de diseño y millones de restricciones. Debido a esto, el modelo global de elementos finitos (GFEM), en el que se basa el procedimiento, no puede ser refinado más. Las estructuras representadas en el GFEM contienen muchos componentes y áreas no regulares, que requieren un modelado detallado para capturar su complejo comportamiento mecánico. En cambio, en el GFEM, estos componentes se representan mediante modelos simplificados con rigidez aproximada, cuyo papel principal es contribuir a la identificación de las rutas de carga a lo largo de toda la estructura. Por lo tanto, estas partes se mantienen fijas y no están restringidas durante la optimización, ya que la descripción de su deformación interna no es lo suficientemente precisa. En este artículo, mostramos que, sin embargo, sería deseable dimensionar las áreas no regulares y las estructuras en su conjunto a la vez. En primer lugar, introducimos el concepto de áreas no regulares en el contexto de un MDO de estructura de fuselaje. En segundo lugar, presentamos una revisión de la literatura sobre MDO con una revisión crítica de varias arquitecturas y sus aplicaciones actuales a la optimización del diseño de aeronaves. Luego, analizamos y demostramos con ejemplos las posibles consecuencias de ignorar las áreas no regulares cuando se aplica MDO. En la conclusión, analizamos los requisitos para enfoques alternativos y por qué los actuales no son soluciones viables. Por último, discutimos qué características del problema podrían ser explotadas para contener el costo computacional.
Descripción
La optimización del diseño de aeroestructuras se basa en gran medida en la Optimización de Diseño Multidisciplinaria (MDO), que es un conjunto de herramientas utilizadas por la industria aeronáutica para dimensionar estructuras primarias: alas, grandes porciones del fuselaje o incluso un avión entero. El procedimiento es computacionalmente costoso, ya que debe tener en cuenta varios miles de casos de carga, múltiples análisis con cientos de miles de grados de libertad, miles de variables de diseño y millones de restricciones. Debido a esto, el modelo global de elementos finitos (GFEM), en el que se basa el procedimiento, no puede ser refinado más. Las estructuras representadas en el GFEM contienen muchos componentes y áreas no regulares, que requieren un modelado detallado para capturar su complejo comportamiento mecánico. En cambio, en el GFEM, estos componentes se representan mediante modelos simplificados con rigidez aproximada, cuyo papel principal es contribuir a la identificación de las rutas de carga a lo largo de toda la estructura. Por lo tanto, estas partes se mantienen fijas y no están restringidas durante la optimización, ya que la descripción de su deformación interna no es lo suficientemente precisa. En este artículo, mostramos que, sin embargo, sería deseable dimensionar las áreas no regulares y las estructuras en su conjunto a la vez. En primer lugar, introducimos el concepto de áreas no regulares en el contexto de un MDO de estructura de fuselaje. En segundo lugar, presentamos una revisión de la literatura sobre MDO con una revisión crítica de varias arquitecturas y sus aplicaciones actuales a la optimización del diseño de aeronaves. Luego, analizamos y demostramos con ejemplos las posibles consecuencias de ignorar las áreas no regulares cuando se aplica MDO. En la conclusión, analizamos los requisitos para enfoques alternativos y por qué los actuales no son soluciones viables. Por último, discutimos qué características del problema podrían ser explotadas para contener el costo computacional.